JP2008002437A

JP2008002437A - 可変圧縮比内燃機関のパージ制御

Info

Publication number: JP2008002437A
Application number: JP2006175315A
Authority: JP
Inventors: Shigemasa Hirooka; 重正広岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2008-01-10

Abstract

【課題】可変圧縮比内燃機関において、圧縮比が変更された場合は燃焼室内の隙間容積が変わるため、吸入空気量の予測が複雑となる。したがって、圧縮比変更過渡時は、たとえ燃料噴射量等を制御しても空燃比がばらつく場合が多く、内燃機関の出力が不安定になる。空燃比が不安定な圧縮比変更過渡時に、エバポシステムを適用すると、さらに空燃比のばらつきを助長することとなり、より内燃機関の出力を不安定とする可能性が高くなる。
【解決手段】燃焼室の隙間容積を変更して圧縮比を変更する圧縮比可変機構と、内燃機関の吸気系に供給される燃料蒸気の流量を制御するパージ制御とを有する内燃機関において、圧縮比を変更する過渡時にパージ制御を禁止する。また、パージ制御の禁止は所定期間行なう。
【選択図】図３

Description

本発明は、可変圧縮比内燃機関のパージ制御に関する。

従来から、燃焼室の隙間容積を変更することで圧縮比を可変とする種々の可変圧縮比内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１参照）。可変圧縮比内燃機関は圧縮比を高く設定すると熱効率を向上させることができるが、ノッキングが発生しやすい。このため、圧縮比は運転条件に応じて変更される。具体的には、内燃機関が低負荷であるときは、ノッキングが発生しにくいため燃焼室の隙間容積を小さくすることで圧縮比を高くする。内燃機関が高負荷であるときは、ノッキングが発生しやすいため燃焼室の隙間容積を大きくすることで圧縮比を低くする。

一方、従来からエバポシステムも提案されている。エバポシステムは、燃料タンク内に発生する蒸発燃料が大気中に漏れ出すことを防止するために、蒸発燃料をキャニスタ内に吸着する。そして、このキャニスタと内燃機関の吸気系とを連通するパージ通路に設けたパージ制御弁を開閉制御することで、吸気系の負圧を利用してキャニスタ内に吸着されている蒸発燃料を吸気系へ供給する。上記エバポシステムにおいては、キャニスタに吸着されている蒸発燃料の濃度が一定値でない等により、空燃比を完全に制御することが難しい。
特開２００３−２０６７７１

可変圧縮比内燃機関において、圧縮比が変更された場合は燃焼室内の隙間容積が変わるため、吸入空気量の予測が複雑となる。これは、吸入空気量を算出するエアフロメータより下流の吸入空気が燃焼室の隙間容積変更過渡時にどの程度燃焼室に入るかを算出することが困難だからである。したがって、圧縮比変更過渡時はたとえ燃料噴射量等を制御しても空燃比がばらつく場合が多く、内燃機関の出力が不安定になる。

このように空燃比が不安定な状態において、上記エバポシステムを適用すると、さらに空燃比のばらつきを助長することとなり、より内燃機関の出力を不安定とする可能性が高くなる。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、エバポシステムを有する可変圧縮比内燃機関において、圧縮比変更過渡時にパージ制御を禁止することを目的とする。

請求項１記載の可変圧縮比内燃機関は、燃焼室の隙間容積を変更して圧縮比を変更する圧縮比可変機構と、内燃機関の吸気系に供給される燃料蒸気の流量を制御するパージ制御とを有し、圧縮比を変更する過渡時に前記パージ制御を禁止することを特徴とする。

請求項２記載の可変圧縮比内燃機関は、上記パージ制御の禁止を所定期間行うことを特徴とする。

本発明によれば、圧縮比変更過渡時にパージ制御を禁止することで、圧縮比変更過渡時の空燃比のばらつきを低減し、内燃機関の出力の変動を軽減することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本実施例では可変圧縮比内燃機関の一形態として、シリンダブロックをクランクケースに対してシリンダの軸方向に移動させて燃焼室の隙間容積を変化させる可変圧縮比内燃機関を用いて説明するが、これに限るものではない。すなわち、燃焼室の容積を変化させて圧縮比を変更させる機構を有する内燃機関であればよい。

図１は本発明に係る可変圧縮比内燃機関の全体構成図、図２は本発明に係る可変圧縮比機構の構成図である。
［実施例１］
可変圧縮比内燃機関１には、シリンダブロックの冷却水が充満した気筒周壁にサーミスタ等からなる可変圧縮比内燃機関冷却水温（ＴＷ）センサ３が挿着され、このＴＷセンサ３によって検出された可変圧縮比内燃機関冷却水温ＴＷに応じた電気信号が電子コントロールユニット（ＥＣＵ）５に入力される。

また、可変圧縮比内燃機関１の図示しない動弁系を動作させるカム軸周囲又はクランク軸周囲には、可変圧縮比内燃機関回転数（ＮＥ）センサ７が取付けられている。ＮＥセンサ７は可変圧縮比内燃機関１のクランク軸の１８０度回転毎に所定のクランク角度位置でパルス信号（ＴＤＣパルス信号）を出力し、ＥＣＵ５に入力される。

後述する可変圧縮比内燃機関１の可変圧縮比機構（ＶＣ）８は、車両運転状況に応じてＥＣＵ５から駆動信号が与えられ、燃焼室の隙間容積を変更し、圧縮比を変更する。

可変圧縮比内燃機関１の吸気管９の途中にはスロットルボディ１１が配置され、その内部にはスロットル弁１１ａが設けられている。スロットル弁１１ａにはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ１３が連結されており、スロットル弁１１ａの開度θＴＨに応じた電気信号がＥＣＵ５に入力される。

吸気管９のスロットル弁１１ａの上流側には吸気管９を通過する吸入空気量を測定するためのホットワイヤ式エアフローメータ（ＡＭ）１４が設けられている。このＡＭ１４により、吸入空気量に応じた電圧値がＥＣＵ５に入力される。

また、吸気管９のスロットル弁１１ａの下流側にはサージタンク１５を介して絶対圧（ＰＢＡ）センサ１７が装着され、このＰＢＡセンサ１７により検出された吸気管９内の絶対圧ＰＢＡに応じた電気信号がＥＣＵ５に入力される。

また、サージタンク１５の下流側の吸気管９には吸気温（ＴＡ）センサ１９が装着され、このＴＡセンサ１９により検出された吸気温ＴＡに応じた電気信号がＥＣＵ５に入力される。

燃料噴射弁２１は、可変圧縮比内燃機関１とスロットル弁１１ａとの間で吸気管９の図示しない吸気弁の上流側であって各気筒毎に設けられている。燃料噴射弁２１は、第１の燃料供給管２３を介して燃料ポンプ２５に接続され、ＥＣＵ５からの駆動信号によりその開弁時間が制御される。また、燃料ポンプ２５は第２の燃料供給管２７を介して燃料タンク２９に接続されている。

第１の燃料供給管２３の燃料ポンプ２５の下流側には分岐管３１を介して燃料圧（ＰＡＬ）センサ３３が装着され、ＰＡＬセンサ３３により検出された燃料圧ＰＡＬに応じた電気信号がＥＣＵ５に入力される。

バイパス管３５は、燃料ポンプ２５と分岐管３１との間の第１の燃料供給管２３の途中から分岐して設けられ、燃料ポンプ２５から吐出されるアルコール
燃料の一部を燃料タンク２９に還流させるためのものである。具体的にはＥＣＵ５はＰＡＬセンサ３３の検出値に応じた制御信号を、バイパス管３５の管路中に設けられた圧力調整弁３７に送り、圧力調整弁３７の弁開度を調整することにより燃料タンク２９から燃料噴射弁２１に供給される燃料圧を所定値に制御する。

また、分岐管３５の下流側の第１の燃料供給管２３の管壁にはアルコール濃度（ＡＬＣ）センサ３９が取付けられ、ＡＬＣセンサ３９により検出されたアルコール濃度ＡＬＣに応じた電気信号がＥＣＵ５に入力される。

更に、可変圧縮比内燃機関１の排気管４１の途中には排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段たるＯ2センサ４３が装着され、Ｏ2センサ４３により検出された排気ガス中の酸素濃度に応じた電気信号がＥＣＵ５に入力される。

次に本願のエバポシステムについて説明する。本願のエバポシステムは燃料の蒸気蒸散を防止するために燃料タンク２９で発生した燃料蒸気をフューエルペントライン４５及びチェックバルブ４７を介してキャニスタ５０に導いている。そして、キャニスタ５０に図示しないフィルタを介して充填した活性炭等の吸着剤に燃料蒸気を一時貯溜させるようにしている。キャニスタ５０の上部空間はパージライン５２とパージコントロールバルブ５４を介して可変圧縮比内燃機関１の吸気管９に連通されている。キャニスタ５０は大気と連通している。

パージコントロールバルブ５４は、アルコール濃度ＡＬＣや排気ガス中の酸素濃度Ｏ２等に基づくＥＣＵ５からの駆動信号によって開状態又は閉状態に駆動されキャニスタ５０からのパージ量を制御する（以下、「パージ制御」とする。）。

ＥＣＵ５は、上記の各種センサからの入力信号の波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号をデジタル信号に変換する等の機能を有する入力回路５ａと、中央演算処理装置（ＣＰＵ）５ｂと、ＣＰＵ５ｂで実行される各種演算プログラムや所定のテーブル等を記憶するＲＯＭ及び演算結果等を記憶するＲＡＭから成る記憶手段５ｃと、可変圧縮比機構８や燃料噴射弁２１や圧力調整弁３７やパージコントロールバルブ５４に駆動信号を出力する出力回路５ｄとから構成されている。

ＣＰＵ５ｂは、可変圧縮比内燃機関パラメータである各種のセンサ出力信号に基づいて、種々の可変圧縮比内燃機関運転状態を判別すると共に判別した可変圧縮比内燃機関運転状態に応じ、且つＴＤＣパルス信号に同期して燃料噴射弁２１を開弁すべき燃料噴射時間を算出する。
次に、本願の可変圧縮比機構８について説明する。図２には、特開２００３−２０６７７１号公報で提案された、可変圧縮比機構８の構成が示されている。これは、クランクケース７０に対してシリンダブロック７２をシリンダの軸方向に移動させることで圧縮比を変更するものであり、シリンダブロック７２を移動させる手段としてカム軸が用いられている。カム軸は、軸部７４ａと、軸部７４ａの中心軸に対して偏心された状態で軸部７４ａに固定された正円形のカムプロフィールを有するカム部７４ｂと、カム部７４ｂと同一形状を有し軸部７４ａに対して偏心した状態で回転可能に取り付けられた可動軸受部７４ｃとから構成される。カム部７４ｂはシリンダブロック７２に、可動軸受部７４ｃはクランクケース７０にそれぞれ回転可能に取り付けられており、軸部７４ａがモータ７４ｄによって回転駆動されることで、カム部７４ｂと可動軸受部７４ｃとの軸間距離が変化してクランクケース７０に対してシリンダブロック７２が移動するようになっている。

この可変圧縮比機構８では、クランクケース７０に対してシリンダブロック７２が移動することで、シリンダ内でのピストン７６の往復位置が変化する。この結果、ピストン７６のストロークで決まる行程容積は変わらないものの、ピストン７６が上死点にあるときの燃焼室７８の隙間容積が変化することになり、これにより燃焼室の隙間容積とシリンダ容積の比である圧縮比が変更される。なお、以下では単なる“圧縮比”は上記圧縮比のことであり、機械圧縮比を意味するものとする。圧縮比の変更速度はモータ７４ｄの速度によって決まるが、圧縮比は瞬間的に変更されるのではなく、圧縮比の変更完了までに複数サイクルかかる場合もある。

上記のような車両構成においては、可変圧縮比機構８による圧縮比の変更過渡時に空燃比がばらつく場合が多かった。これは、圧縮比変更過渡時では燃焼室の隙間容積が変わるため、吸入空気量を算出するエアフロメータ１４より下流の吸入空気がどの程度燃焼室に入るかを算出することが困難であることに起因する。これにより、機関出力が不安定となる場合があった。

このように空燃比が不安定な状態において、エバポシステムにより燃料蒸気を吸気管９から供給するとより空燃比のばらつきを助長することとなる。これは、外気温等により燃料タンク２９内の燃料が蒸発する量が変わるため、キャニスタ５０に吸着されている燃料蒸気の濃度が一定値でないことにより、空燃比を制御することが難しいからである。また、エバポシステムは吸気管９に流れる吸気の負圧を利用して燃料蒸気を吸気管９に供給するため、圧縮比変更過渡時のような吸気管９内の吸気圧が変動する場合にはより空燃比を制御することが難しいこともばらつきを助長する原因となる。さらに、パージコントロールバルブ５４を開弁していると、キャニスタ５０が大気と連通しているためエアフロメータ１４より下流の吸入空気量が変化するので、さらに空燃比を制御することが難しいことも考えられる。

そこで、本発明は圧縮比変更過渡時にパージ制御を禁止する。以下、図３を用いて本願発明の制御フローを説明する。

始めにステップ１００にて目標圧縮比の算出を行う。目標圧縮比は例えば回転数や機関負荷等により決定する。

次にステップ１１０に進み、現在の圧縮比とステップ１００で算出した目標圧縮比を比較する。現在の圧縮比と目標圧縮比が同じだった場合は可変圧縮比機構８が動作しないため空燃比がばらつくことも無いことからパージ制御を通常の制御にする。現在の圧縮比と目標圧縮比が異なる場合は可変圧縮比機構８が動作し、空燃比がばらつく可能性があるため、ステップ１２０に進みパージ制御を禁止する。

以上の制御を行うことで、空燃比のばらつきを防止し、機関出力の変動を軽減することができる。
［実施例２］
実施例２は、実施例１で説明した図３の制御フローにおいて、パージ制御を禁止する場合は所定期間継続して禁止することを特徴とする。以下、図４を用いて説明する。なお、車両の構成は実施例１と同一であり、図４において図３と同一制御を行うステップには図３と同一のステップ番号を付し、説明を省略する。

図４において、ステップ１００及び１１０は実施例と同一である。ステップ１１０において、現在の圧縮比と目標圧縮比が異なる場合には、ステップ１３０に進む。ステップ１３０では、実施例１同様空燃比のばらつきをパージ制御が助長するおそれがあるため、パージ制御を禁止するのだが、所定期間パージ制御を禁止することとしている。これは、所定期間経過した後であれば空燃比が安定するためである。所定期間は例えばパージ制御を禁止した直後から1秒間禁止するというものであってもよく、また、現在の圧縮比が目標圧縮比に変更されるまでの所定期間であってもよい。

実施例２の制御を行うことにより、空燃比のばらつきの助長をさらに抑制し、機関出力をさらに安定させることができる。

本発明の実施形態における可変圧縮比内燃機関の全体構成図。本発明の実施形態における可変圧縮比機構の構成図。実施例１における可変圧縮比内燃機関におけるパージ制御を説明するためのフローチャート。実施例２における可変圧縮比内燃機関におけるパージ制御を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１可変圧縮比内燃機関
８可変圧縮比機構
１４エアフロメータ
５０キャニスタ
５２パージライン
５４パージコントロールバルブ

Claims

燃焼室の隙間容積を変更して圧縮比を変更する圧縮比可変機構と、内燃機関の吸気系に供給される燃料蒸気の流量を制御するパージ制御とを有する内燃機関において、圧縮比を変更する過渡時に前記パージ制御を禁止することを特徴とした可変圧縮比内燃機関。
前記パージ制御の禁止は所定期間行われることを特徴とする請求項１記載の可変圧縮比内燃機関。